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1、，常以煤（巖）體劇烈的突以煤（巖）體劇烈的突出破壞為特征。出破壞為特征。l沖擊地壓發(fā)生時，如同在煤巖體內裝有大量炸藥一樣，煤和巖石突沖擊地壓發(fā)生時，如同在煤巖體內裝有大量炸藥一樣，煤和巖石突然被拋出，被拋出的煤和巖石從幾噸到幾百噸不等，可造成支架折然被拋出，被拋出的煤和巖石從幾噸到幾百噸不等，可造成支架折損，巷道堵塞，并伴有巨大聲響和巖體震動，震動持續(xù)時間從幾秒損，巷道堵塞，并伴有巨大聲響和巖體震動，震動持續(xù)時間從幾秒到幾十秒。到幾十秒。l記錄到的最大震級已超過里氏記錄到的最大震級已超過里氏5 5級，震動頻率在級，震動頻率在1 110104 4HzHz，有時可能，有時可能誘發(fā)其它礦井災害，如煤
2、與瓦斯突出等。誘發(fā)其它礦井災害，如煤與瓦斯突出等。沖擊地壓案例l17381738年英國南斯塔福煤田發(fā)生世界上有記錄的首例沖擊地壓以來年英國南斯塔福煤田發(fā)生世界上有記錄的首例沖擊地壓以來,目前目前世界幾乎所有采礦國家都有沖擊地壓發(fā)生。世界幾乎所有采礦國家都有沖擊地壓發(fā)生。l我國我國19331933年在撫順勝利礦發(fā)生有記錄的首例沖擊地壓。目前，我國發(fā)生年在撫順勝利礦發(fā)生有記錄的首例沖擊地壓。目前，我國發(fā)生沖擊地壓的礦井超過沖擊地壓的礦井超過8080個。個。l 19601960年年1 1月月2020日南非的日南非的CoalbrockNorthCoalbrockNorth煤礦發(fā)生了一次沖擊地壓，井下煤
3、礦發(fā)生了一次沖擊地壓，井下破壞面積達破壞面積達300300萬萬2 2,死亡死亡432432人。人。l撫順龍風礦撫順龍風礦19781978年年5 5月月1313日發(fā)生在日發(fā)生在602602東翼采區(qū)東翼采區(qū)1 1煤門煤門5/45/4東震級為東震級為0.60.6級級的沖擊地壓，造成煤炭突出的沖擊地壓，造成煤炭突出138.6138.6，4 4人死亡，人死亡，6 6人被埋。人被埋。l19741974年年1010月月2525日北京礦務局城子礦在回收煤柱時發(fā)生震級為日北京礦務局城子礦在回收煤柱時發(fā)生震級為3.43.4級沖擊級沖擊地壓，地壓，造成造成2929人死亡。人死亡。沖擊礦壓現象各國以及不同的行業(yè)，其名
4、稱沖擊礦壓現象各國以及不同的行業(yè)，其名稱不完全一樣。不完全一樣。常見名詞的有常見名詞的有等。等。n 沖擊地壓的分類l 按發(fā)生原因分：按發(fā)生原因分：壓力沖擊型壓力沖擊型如同堅硬的煤樣在實驗機上破壞一樣；突發(fā)型沖擊突發(fā)型沖擊其原因是突然加載。巖層上覆厚而堅固的老頂伸出加在煤柱上，先是加緊后是加載，當達到一定跨度時發(fā)生折斷和跨落。造成處在極限應力狀態(tài)的礦柱瞬時破壞。（采煤工作面）爆裂型沖擊爆裂型沖擊原因是直接頂上部或直接底板下部存在塑性夾層，在剛性巖層之間的軟夾層被擠出，造成剛性巖層的突然爆裂。l按沖擊源分：按沖擊源分：重力型；構造型；重力型；構造型；綜合型綜合型沖擊地壓基本理論沖擊地壓基本理論沖擊
5、地壓的強度理論沖擊地壓的強度理論 沖擊地壓機理的研究始于南非金屬礦巖爆問題的研究，早期人們關注的沖擊地壓機理的研究始于南非金屬礦巖爆問題的研究，早期人們關注的是煤巖體的強度問題，因此提出了是煤巖體的強度問題，因此提出了“強度理論強度理論”，它主要著眼于煤巖體的，它主要著眼于煤巖體的破壞原因，破壞原因，認為井巷和采場周圍產生應力集中，當應力達到煤巖極限強度認為井巷和采場周圍產生應力集中，當應力達到煤巖極限強度時煤巖層發(fā)生突然破壞，形成沖擊。時煤巖層發(fā)生突然破壞，形成沖擊。沖擊地壓的應力條件為：沖擊地壓的應力條件為：/*11 式中，式中，為煤巖體承受的應力；為煤巖體承受的應力；*為煤巖系統(tǒng)的強度。
6、（為煤巖系統(tǒng)的強度。（根據沖擊地根據沖擊地壓的強度理論，在礦井生產的實踐中，采取壓的強度理論，在礦井生產的實踐中，采取降低集中應力的措施降低集中應力的措施對沖擊地對沖擊地壓防治工作起到了積極的促進作用）壓防治工作起到了積極的促進作用）實際上井巷和采場周圍的巖體常出現應力超過極限強度的現象，但大實際上井巷和采場周圍的巖體常出現應力超過極限強度的現象，但大多數煤巖并非發(fā)生沖擊現象而是進入強度后平穩(wěn)的變形階段，而且，煤巖多數煤巖并非發(fā)生沖擊現象而是進入強度后平穩(wěn)的變形階段，而且，煤巖體的破壞是一個連續(xù)的不斷損傷的過程，說明強度理論提出的判據不充分。體的破壞是一個連續(xù)的不斷損傷的過程，說明強度理論提出
7、的判據不充分。The Mining EngineeringThe Mining Engineering 后來一些學者在對煤巖進行試驗時發(fā)現，后來一些學者在對煤巖進行試驗時發(fā)現，式中，vh為加載引起的應力狀態(tài)變化速度；vc為煤巖層應力松弛的極限速度。The Mining EngineeringThe Mining Engineering 性試驗機出現以后，把普通試驗機與剛度試驗機試驗結果進行比較，發(fā)現當當|K|Kp p|K|Ko o|（普通試驗機）時，試件發(fā)生突然破壞，相反，（普通試驗機）時，試件發(fā)生突然破壞，相反，當當|K|Kp p|K|Ko o|（剛性試驗機）時，試件破壞過程平穩(wěn)（剛性試驗機
8、）時，試件破壞過程平穩(wěn)。The Mining EngineeringThe Mining Engineering 60年代中期，南非學者Cook在對大量的沖擊現象研究后，提出了隨著采隨著采掘范圍的擴大，礦體掘范圍的擴大，礦體圍巖系統(tǒng)在力學平衡狀態(tài)破壞時，釋放的能量大圍巖系統(tǒng)在力學平衡狀態(tài)破壞時，釋放的能量大于消耗的能量時，即產生沖擊地壓于消耗的能量時，即產生沖擊地壓；后來，許多學者對此進行了補充和完善。形成目前大家公認的能量理論。該理論認為，能量釋放的多少與局部礦山系統(tǒng)的剛度有關，而礦山系統(tǒng)能量釋放的多少與局部礦山系統(tǒng)的剛度有關，而礦山系統(tǒng)的剛度與煤巖層變形有關，煤巖層的可壓縮性是其內在屬性，
9、因而導致的剛度與煤巖層變形有關，煤巖層的可壓縮性是其內在屬性，因而導致礦山系統(tǒng)剛度的降低，從而引起能量的非穩(wěn)定釋放，開采過程中釋放的礦山系統(tǒng)剛度的降低，從而引起能量的非穩(wěn)定釋放，開采過程中釋放的剩余能量，就是產生沖擊地壓的能量。剩余能量，就是產生沖擊地壓的能量。該理論還考慮時間因素，以單位以單位時間的能量消耗為判據，否則即使釋放的能量遠大于消耗的能量，但是時間的能量消耗為判據，否則即使釋放的能量遠大于消耗的能量，但是它是在一段很長的時間內完成釋放的也不會產生沖擊地壓。它是在一段很長的時間內完成釋放的也不會產生沖擊地壓。其判據為：The Mining EngineeringThe Mining
10、Engineering 式中:WE圍巖儲存的能量；圍巖能量釋放有效系數；WS煤體儲存的能量；煤體的能量釋放有效系數；Wd消耗于煤體與圍巖交界出處和煤體破壞阻力的能量。能量理論從能量轉化的角度從能量轉化的角度解釋了沖擊地壓形成的原因，是沖擊地壓機理研究向前邁進了一大進步，為沖擊地壓防治提出了降低煤巖體圍巖系統(tǒng)蓄能的能力，減少其破壞時釋放的能量，從而避免或減換沖擊地壓的新途徑。但該理論沒有說明平衡狀態(tài)的性質及其破壞條件，特別是圍巖能量釋放條件The Mining EngineeringThe Mining Engineering 沖擊地壓的發(fā)生不僅與外部條件有關，而且與煤巖本身的物理力學性質有關，
11、也就是說發(fā)生沖擊地壓的煤巖層都具發(fā)生沖擊地壓的煤巖層都具有一定的物理力學性質，決定其產生沖擊破壞的能力，這有一定的物理力學性質，決定其產生沖擊破壞的能力，這種能力是煤巖介質的的固有屬性，稱為沖擊傾向性種能力是煤巖介質的的固有屬性，稱為沖擊傾向性。常用的沖擊傾向指標有彈性能指數彈性能指數W WEtEt、沖擊能指數、沖擊能指數K KE E以及以及動態(tài)破壞時間動態(tài)破壞時間DTDT，即：W WETET=STST/SPSPK KE E=F=FS S/F/FX XThe Mining EngineeringThe Mining Engineering彈性能指數計算圖沖擊能指數計算圖LOFXPDCFSLOS
12、PP0CST動態(tài)破壞時間曲線T（ms）DTPThe Mining EngineeringThe Mining Engineering指標界 限 值WET KEDT（ms）鑒定結果5550強 烈5W WETET25K KE E1.550DTDT500中 等21.5500無The Mining EngineeringThe Mining Engineering即沖擊的發(fā)動階段。即沖擊的發(fā)動階段。由于外力作用使工由于外力作用使工作面附近煤巖體應作面附近煤巖體應力狀態(tài)突然改變，力狀態(tài)突然改變，巖石和煤中積聚的巖石和煤中積聚的彈性潛能迅速釋放，彈性潛能迅速釋放，使煤巖體發(fā)生突然使煤巖體發(fā)生突然的位移、破
13、壞。激的位移、破壞。激發(fā)沖擊地壓。發(fā)沖擊地壓。能量積聚過程，即：采掘工能量積聚過程，即：采掘工作面前方應力集中，形成高作面前方應力集中，形成高的應力梯度。的應力梯度。準備階段使工作面處于突出準備階段使工作面處于突出危險狀態(tài)，工作面顯現各種危險狀態(tài)，工作面顯現各種的的有聲或無聲的沖擊預兆。有聲或無聲的沖擊預兆。當出現下列任一情況當出現下列任一情況時，沖擊即告停止：時，沖擊即告停止：激發(fā)沖擊的能量業(yè)已耗激發(fā)沖擊的能量業(yè)已耗盡；盡；沖擊過程中，繼續(xù)放出沖擊過程中，繼續(xù)放出的能量不足以克服煤巖體的能量不足以克服煤巖體之間的阻力；之間的阻力；停止階段停止階段激發(fā)階段激發(fā)階段發(fā)展階段發(fā)展階段發(fā)展階段的特點
14、是發(fā)展階段的特點是煤巖體依靠釋放的煤巖體依靠釋放的彈性能使發(fā)生連續(xù)彈性能使發(fā)生連續(xù)破碎，已破碎的煤破碎，已破碎的煤巖體在沖擊壓力作巖體在沖擊壓力作用下克服層間壓剪用下克服層間壓剪作用，煤巖體高速作用，煤巖體高速拋出。拋出。煤結構和煤結構和力學性質條件力學性質條件瓦斯條件瓦斯條件 地應力條件地應力條件地應力狀態(tài)的突然變化地應力狀態(tài)的突然變化 圍巖或煤層的彈性潛圍巖或煤層的彈性潛能釋放作功，使煤體產生能釋放作功，使煤體產生突然破壞和位移。突然破壞和位移。地應力場對瓦斯壓力地應力場對瓦斯壓力場起控制作用。場起控制作用。地應力狀態(tài)對煤層的透地應力狀態(tài)對煤層的透氣性起到一定的控制作用氣性起到一定的控制作
15、用。高壓游離瓦斯產生的瓦斯膨脹能；高壓游離瓦斯產生的瓦斯膨脹能；高壓瓦斯分子全面縮煤的骨架，促使高壓瓦斯分子全面縮煤的骨架，促使煤體中產生彈性潛能煤體中產生彈性潛能吸附在微孔表面的瓦斯分子對微孔起吸附在微孔表面的瓦斯分子對微孔起楔子作用，降低煤的強度。楔子作用，降低煤的強度。工作面前方形成的瓦斯壓力梯度，造工作面前方形成的瓦斯壓力梯度，造成作用于壓力降低方向的力。成作用于壓力降低方向的力。強度條件：煤愈硬強度條件：煤愈硬，所需的破碎功愈大，所需的破碎功愈大瓦斯解析和放散能瓦斯解析和放散能力。力。煤層透氣性能。煤層透氣性能。不均質性條件。不均質性條件。形成瓦斯流形成瓦斯流誘發(fā)因素誘發(fā)因素能量積聚
16、能量積聚這這是突出得以發(fā)生的激發(fā)條是突出得以發(fā)生的激發(fā)條件。件。工作面前方煤巖工作面前方煤巖體中的體中的是突出發(fā)生的是突出發(fā)生的煤體連續(xù)破碎煤體連續(xù)破碎 這也是突這也是突出得以發(fā)展的必要出得以發(fā)展的必要條件條件。突出激發(fā)后，突出激發(fā)后，這是突這是突出的發(fā)展條件出的發(fā)展條件。即突出的發(fā)動階段。即突出的發(fā)動階段。由于外力作用使工由于外力作用使工作面附近煤巖體應作面附近煤巖體應力狀態(tài)突然改變，力狀態(tài)突然改變，巖石和煤中積聚的巖石和煤中積聚的彈性潛能、彈性潛能、使使煤巖體發(fā)生突然的煤巖體發(fā)生突然的位移、破壞。激發(fā)位移、破壞。激發(fā)突出。突出。，即工作面前，即工作面前方應力集中，形成高的應力方應力集中，形
17、成高的應力梯度；應力增大使煤體透氣梯度；應力增大使煤體透氣性降低，煤體內瓦斯壓力梯性降低，煤體內瓦斯壓力梯度提高。度提高。準備階段使工作面處于突出準備階段使工作面處于突出危險狀態(tài)，這樣的工作面會危險狀態(tài)，這樣的工作面會顯現各種的有聲或無聲的突顯現各種的有聲或無聲的突出預兆。出預兆。當出現下列任一情況時，突出當出現下列任一情況時，突出即告停止：即告停止：激發(fā)突出的能量業(yè)已耗盡；激發(fā)突出的能量業(yè)已耗盡；突出過程中，繼續(xù)放出的能突出過程中，繼續(xù)放出的能量不足以粉碎煤；量不足以粉碎煤；突出孔道受阻礙，不能繼續(xù)突出孔道受阻礙，不能繼續(xù)在突出空洞周圍建立較大的應在突出空洞周圍建立較大的應力梯度和瓦斯壓力等
18、。力梯度和瓦斯壓力等。停止階段停止階段激發(fā)階段激發(fā)階段準備階段準備階段發(fā)展階段發(fā)展階段煤體依靠釋放的彈煤體依靠釋放的彈性能和游離瓦斯的性能和游離瓦斯的膨脹能使發(fā)生連續(xù)膨脹能使發(fā)生連續(xù)破碎，形成破碎波，破碎，形成破碎波，已破碎的煤巖體在已破碎的煤巖體在高速瓦斯流的攜帶高速瓦斯流的攜帶下向巷道拋出。下向巷道拋出。原蘇聯.雷任科等學者研究：回采工作面是在深達6的鉆孔中測溫，,掘進工作面是在2.2深的鉆孔中測溫，測溫結果認為：在回采工作面近工作面地段煤體溫度梯度2-03-1(3-1）為煤層鉆3處與1處之間的溫度梯度，2-0為煤體鉆孔2處與鉆孔口之間的溫度梯度)，當3-13時沒有地壓和突出危險性。在掘進
19、面2-12.5有突出或地壓危險征兆。Example1Example1Example1試件單軸壓縮聲發(fā)射分布試件單軸壓縮聲發(fā)射分布Example 2Example 2Example 2Crack propagation and coalescence in brittle rockAxial compression without confinementCrack propagation and coalescence in brittle rockAxial compression without confinementCrack propagation and coalescence in
20、brittle rockAxial compression without confinementCrack propagation and coalescence in brittle rockAxial compression without confinementCrack propagation and coalescence in brittle rockAxial compression without confinementCrack propagation and coalescence in brittle rockAxial compression without conf
21、inementCrack propagation and coalescence in brittle rockAxial compression without confinementCrack propagation and coalescence in brittle rockAxial compression without confinementCrack propagation and coalescence in brittle rockAxial compression without confinementExample 3Example 3Example 3Step 60S
22、tep 78-2Step 78-4Step 78-7Step 78-9Step 78-13Step 78-16Step 78-23Step 78-37Step 112Step 169Step 178Step 188Step 212Step 225Step 294。（但構造變化引起的敏感程度不同）。（但構造變化引起的敏感程度不同）l沖擊地壓、煤與瓦斯突出就其主要特征而言，都是煤巖介質突然破壞引起的動力現象，都是煤巖所組成的力學系統(tǒng)，在外界擾動下發(fā)生的動力破壞過程。l采用系統(tǒng)穩(wěn)定平衡狀態(tài)的及建立統(tǒng)一的認識和判斷，以便于建立統(tǒng)一的預測預報機制和工程防治技術路線。l“統(tǒng)一”是建立在煤巖變形破裂機理和工程技術實踐某些方面的，是對。l沖擊地壓和煤與瓦斯突出都是極其復雜的礦井動力現象，因此并非簡單的“統(tǒng)一”能夠揭示的，而提出的統(tǒng)一認識，只是為了使我們對沖擊地壓有一個拋磚引玉而已。l事實上，沖擊地壓和煤與瓦斯突出兩者的綜合用機理及其復雜，在其l今后隨著開采深度的增加，我省有沖擊地壓和煤與瓦斯突出兩種災害并存的礦井會逐漸增加，在作用機理，預測檢驗內容、指標、方法、技術措施及其有效性等方面還必須進行深入研究，以便我們要有足夠足夠溫馨提示：本PPT課件下載后，即可編輯修改，也可直接使用。
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